基于单片机的数控直流稳压电源的设计与实现

钟成 池尚霏

摘 要：在直流稳压电源设计过程中，依托相关技术背景，选用单片机技术，对数控直流稳压电源进行设计。该电源的数字化控制实现方法为STC89C54RD+单片机，这种方法不仅硬件电路简单，而且具备较高的精确度，实施过程灵活，功能多样，既具备短路保护功能，又具备报警、串口通信等功能。虽然部分区域电压相对比较精确，但无法直接操作，因此，可选择该方法，依托串口，升级软件，使硬件成本支出得到有效控制。

关键词：单片机；数字化控制；直流稳压电源

中图分类号：TM44 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）03-0038-03

Design and Implementation of DC Voltage Regulating Power Supply Based on

Digital Control Technology of Single Chip Microcomputer

ZHONG Cheng，CHI Shangfei

（Shenzhen Zhenhua Microelectronics Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）

Abstract：In the design process of DC regulated power supply，single-chip computer technology is used to make the DC regulated power supply relying on the relevant technical background. The digital control method of the power supply is STC89C54RD + MCU. It not only has simple hardware circuit，but also has high accuracy，flexible implementation process and various functions. It can not only realize short circuit protection，but also has functions of alarm and serial communication. Some area voltage is relatively accurate，but it can not be directly operated. This method can be selected to upgrade software relying on serial port，so that the cost of hardware can be effectively controlled.

Keywords：single chip computer；digital control；DC regulated power supply

0 引 言

电源技术是对现代电子技术、自动控制技术、综合电力变换技术的综合。在电子领域中，直流稳压电源设备非常关键，其中，直流电源转换器具备灵活性、智能化特点。文章以某数控直流稳压电源电路为例，开展相关设计工作，输出电压范围为0V-9V，且能够灵活设置。这一稳压电源极具优势，既能够准确调整电源输出电压，又能够使系统更加稳定、可靠。

1 直流稳压电源系统功能特征

本实验对直流稳压电源输出的电压进行科学设置，以0V-9V为宜，并对输出电压进行设定。该实验系统由多种设备构成，除了AT89S51单片机、LCD1602显示电压模块之外，还包括D/A转换模块、电压模块、数据采集模块等。

将键盘设定输入方法应用到电源模块，设置报警、电压输出阈值时，可通过快点、慢点方式实现，LCD1602主要用来显示各类工作状态，而采样可通过STC89C53RC实现，并与直流稳压电源输出的电压目标值进行对比，倘若出现偏差，则需要对其进行调整，或者在第一时间给出报警信号[1]。

2 直流稳压电源系统硬件设计

2.1 直流稳压电源系统总体结构

此实验将AT89S51型单片机作为直流稳压电源来控制系统。实现原理为依托芯片AD7543对输出电压进行调节，采用各种方式对各等级电压进行科学控制。该系统界面内，电压调节步值设置非常灵活，最小量程可为0.1V。该背景下，无论是系统故障自我检测保护，短路保护，亦或是智能报警等功能，都可依托电流检测等模块实现，电流检测等模块还可采用智能方法，对实验过程中的各类故障进行有效处理。除此之外，还要明确直流稳压电源设计思路。

直流稳压电源系统复杂，专业性强，其包含电压粗调、细调，电流检测和人機接口数字显示等功能模块。稳压输出电路如图1所示。在该系统中，选择电压取样及模块调节，实时取样系统输出电压，再通过对比电压、放大电路的方式，分析和判断数据，继而以单片机为媒介传输判断结果，发挥程序作用，通过发送触发脉冲命令，驱动不同电流，以该种方式粗调、细调系统输出电压，在可控范围内对系统输出直流电压值进行科学设置，使输出电压更加精确，稳压电源系统供电过程更加可靠。该系统能够借助八段式数码显示管，对系统输出电压值进行直观呈现，使装置服务更加灵活和人性化[2]。

单片机是稳压电源的核心构件。当电压取样数据信号处于已知状态时，其能够依托该设备的DSP微处理模块中心，对各类不同的数据进行灵活处理和设置，并根据预设程序，深入熟悉各类控制方法，使调节命令更加准确，同时可以增强驱动电路的有效性。倘若电压取样信号存在差异，则实时控制方法也会有所不同。系统内部电流值会受外部条件影响。特殊状态下，电流值相对比较大，而电流检测回路会及时反馈相关信息，使其在驱动电路和单片机系统上呈现，并依托驱动回路控制，对相关保护系统实施短路保护。在电流越限信号已知的情况下，单片机不会与装置有太多联系，但能够始终保障电气设备安全。

在对直流稳压电源系统进行设计时，选用AT89S51单片机作为核心处理控制器，其不仅操作过程简单，而且还具备较强的逻辑性。实验过程中的输出电压预设和电压值的步进调节，都可依托软件编程控制和AD7543集成芯片实现。与以往稳压调节方法不同，该系统操作过程精确且具备较强的灵活性和可靠性。随着单片机生产规模的日渐扩大和价格的不断降低，其在工程设计方面的应用前景十分广阔。将单片机整体集成系统应用到直流稳压电源设计中，可以有效减少电源系统内部硬件回路元件数量和不必要的资金投入。其电子器件集成模块性能优越，能够在许可范围内对系统响应时间和误差进行科学控制，这使得其逐渐被应用到诸多工程领域[3]。

2.2 数控部分

直流稳压电源的控制核心为AT89S51型单片机，其性能稳定，且功能多样，其功能主要包括装置电压输出取样信号分析判断、电压预设数据处理、系统故障自动检测和保护等。这一装置能否提供人性化服务，可通过人机对话功能进行测试和检验，以达到良好的稳压电源智能控制效果。该单片机的实验过程复杂，需具备电压值预设按键和步进按键，同时还要充分考量系统其他各类辅助功能按键需求，系统人机交互界面为16按键输入键盘。选择8位八段式LED数码显示管显示系统输出电压值，该LED数码显示管性能优良，可与其他设备中的相关数据进行相互转换。稳压电源系统的控制核心是单片机，其需要对多功能模块进行有效控制，而数码显示功能模块仅是其中一种。而单片机I/O端口有限，因此，可借助扩展电路对系统数码显示部门进行有效控制。将一片8155作为单片机控制系统的外部扩展接口电路，并将16位键盘输入和LED数码显示数据通信接口完成，采用该种方式，能够实现数码显示功能。

2.3 电压取样及调节

这一系统依托反馈原理，借助电压取样模块，实时检测采样输出电压，充分发挥运算放大器的优势，对电压采样数据信号进行放大处理，然后把单片机系统作为放大信号发送目标，在上述过程中，分析和处理数据。该方式使得稳压电源控制系统对于数据的分析和处理更加精确和灵敏，同时使得直流稳压电源系统可以对输出电压进行实时调节，既能够使控制过程更加精确，又能兼顾电气设备的稳定运行。此直流稳压电源系统将单片机作为核心，通过AD7543实现输出电压调节。

2.4 过流报警功能

该设计系统回路中的电流值检测工作非常关键，其赋予单片机控制系统强大的自我保护功能，同时使电气设备的运行过程更加安全、可靠。当发生电流越限情况，电流值不能够满足系统要求时，单片机和对应驱动电流则会跳闸保护，从而使电气设备始终处于安全运行状态。在此过程中，系统还会使用蜂鸣报警器对工作人员进行提醒，使其在第一时间开展检修维护工作，将故障发生率降到最低。

3 直流稳压电源系统软件设计

直流稳压电源控制系统复杂，专业性强，其通过软件编程可以灵活调节输出电压。在调节输出电压的过程中，电压采样主程序为核心构件，其可以为输出电压数据取样分析、判断提供依据。而中断程序可以提高系统DSP数据处理效率。

直流稳压电源系统处于运行状态时，键盘主控程序也可以运行，单片机系统数据处理中心能够自动检测按键情况。检测流程复杂，当键盘触发脉冲时，会直接进入电压按键预设主程序，完成电压预设工作。LED数码显示管的功能是自动对数据输入通道进行动态定时和扫描。一旦发现单片机数据传输，便会自动对该类数据进行处理，从而将电压显示出来。直流稳压电源系统设计与实现采用科学的方式，对数据处理、命令传达等程序进行开发、使用，并充分应用了系统CPU的各类资源，实现了资源利用最大化。当直流稳压电源控制系统正常运行时，单片机DSP数据处理中心能够直接从取样电路中采集输出电压，继而开展数据取样工作。经过准确的分析和判断之后，依托驱动电路，按照具体要求，合理增减各类电压，并实时校正各类输出电压，使输出电压始终保持稳定状态[4]。

4 数据分析

完成基于单片机的直流稳压电源软件、硬件初始值设定之后，进行相关实验，以检测装置中直流稳压电源输出的电压实验数据是否准确、合理。检测结果表明，单片机是直流稳压电源系统的核心构件，符合直流电源要求，输出电压稳定，可以明显减小系统误差，符合具体工程要求。

5 结 论

综上所述，基于单片机的数字化控制技術直流稳压电源设计过程相对复杂，且专业性强。该实验选择AT89S51单片机作为控制核心，智能稳压电源系统使电气设备运行更加安全可靠。同时，LED数据显示、键盘输入、自动报警等人性化设计，可以提高数字化控制技术直流稳压电源运行效率，在很大程度上提高数据分析的准确率。

参考文献：

[1] 谢琳洁，林炜鹏.基于单片机的数控直流稳压电源设计与实现 [J].电子世界，2014（13）：44.

[2] 胡城瑜.探析单片机的数控直流稳压电源设计与实现 [J].电子测试，2017（Z1）：13-14.

[3] 张志丰.单片机的数控直流稳压电源设计与实现 [J].工程技术：全文版，2016（3）：00290.

[4] 丁春霞.基于单片机的数控直流稳压电源设计与制作 [J].电子世界，2014（12）：31-32.

作者简介：钟成（1984.09-），男，汉族，福建龙岩人，中级职称，毕业于中北大学，本科，研究方向：微电子。